超声联合生物纳米泡介导基因编辑降低乳腺癌转移的实验研究

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目的:通过超声联合生物纳米泡(Biosynthetic nanobubbles,BNBs)介导基因编辑,下调与肿瘤上皮间充质转化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)相关分子N-钙黏蛋白(N-cadherin,N-cad/CDH2)的表达,初步探讨该因素对乳腺癌4T1细胞侵袭转移能力的影响。方法:第一部分:培养古嗜盐杆菌(Halobacterium NRC-1,Halo)并从中提取生物纳米泡(BNBs),用电镜和粒径电势分析仪对BNBs进行表征测量。第二部分:初步验证超声联合BNBs介导基因编辑的可行性。首先通过BNBs与聚乙烯亚胺(Polyethylenimine,PEI)孵育制备阳离子化的纳米泡,再与质粒DNA(其上载有打靶EGFP的sg RNA)共孵育制备BNBs-PEI-DNA转染复合物;接着分三组:空白组(Blank组)、非超声组(-US组)和超声组(+US组)进行基因转染,即递送sg RNA到稳定表达Cas9蛋白和EGFP的4T1细胞中,观察超声联合BNBs促进基因递送的效果,用CCK-8检测转染后的细胞活性,结合流式分选和有限稀释法挑选打靶成功的单克隆细胞。最后采用T7EI酶切和Sanger测序对单克隆细胞的基因组DNA进行验证。第三部分:在上述前期基础上打靶目的基因CDH2。首先,采用BNBs-PEI-DNA转染复合物按上述分组进行转染(此处更换为质粒上载有打靶CDH2的sg RNA),观察递送效果,用CCK-8检测转染后的细胞活性,流式分选技术分选出打靶成功的单克隆细胞,通过T7EI酶切、Sanger测序以及蛋白质免疫印迹法(Western Blot,WB)对单克隆细胞进行分子和蛋白水平的验证。最后,针对成功敲除CDH2基因的细胞进行形态学观察和体外、体内功能上的验证。在体外,采用划痕实验和Transwell细胞迁移实验来评估。在体内,用野生型细胞(Wild type,WT)与敲除成功的两株单克隆细胞分别种瘤,观察小鼠生长情况和肺转移的情况。结果:1.成功制备出BNBs,形态为梭形,粒径大小为(259.90±3.09)nm,电势为(-21.63±0.97)m V。2.制备出转染复合物BNBs-PEI-DNA,观察到复合物粒径增大到(386.90±9.15)nm,电势由负转正为(17.90±2.39)m V。基因转染的结果:-US组的转染效率为(10.12±1.31)%,+US组为(25.23±2.04)%,+US组的转染效率显著高于-US组(P0.05)。后续成功地分选出单克隆细胞,荧光强度、T7EI酶切和Sanger测序的结果均呈阳性,证实该法可以用于基因编辑并成功获得EGFP敲除的细胞。3.打靶CDH2的实验结果:-US组的转染效率为(14.63±1.50)%,+US组为(29.33±1.45)%,可见+US组的转染效率显著高于-US组(P0.05)。后续成功地分选出单克隆细胞,且T7EI酶切、Sanger测序和WB的结果均出现了阳性的单克隆细胞。获得CDH2敲除成功的细胞系后,观察其形态学的改变;同时与WT比较,CDH2敲除后的细胞形态稍圆,触角减少,边稍钝,细胞间黏附性增强;划痕实验和Transwell细胞迁移实验的结果也观察到CDH2敲除后的细胞株迁移能力显著低于WT组(P<0.05);体内验证中,无论是原位瘤模型还是尾静脉模型,都观察到CDH2敲除后的实验组小鼠的转移性肺结节数显著低于WT组(P<0.05)。结论:超声联合BNBs可用于介导基因编辑,敲除特定基因从而获得相应的单克隆细胞系。敲除CDH2基因后,N-cad表达下调,4T1肿瘤细胞的侵袭转移能力降低,提示该策略可促进间质上皮转化(Mesenchymal-epithelial transition,MET),对抑制肿瘤侵袭转移以及改善预后可发挥一定的作用。
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